CN101866239A - 触摸面板装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种触摸面板，在触摸区从电极区伸出时也可以以高精度检测触摸位置。第1方案中，触摸区的形状为例如圆形。上述触摸区的圆形与电极区6重叠的区域的X方向的宽度和Y方向的宽度可以根据传感器测定值求出。两者为不同时，判定为触摸区从电极区伸出，将上述触摸区圆形的中心的位置视为触摸位置而进行计算。在第2方案中，面板端的电极中的信号值为最大时，判断为对面板周边部的触摸。在为对面板周边部的触摸时，在通过触摸位置计算处理进行的加权平均的计算中，使用与对面板中央部的触摸时不同的电极位置参数值。通过对各电极的信号值进行加权，使上述加权程度与触摸大小对应地变化，修正计算位置。

Description

触摸面板装置
技术领域
本发明涉及触摸面板装置，尤其涉及在投影型(projectedcapacitive type)静电电容方式的触摸面板装置中检测触摸位置的技术。
背景技术
触摸面板装置(也称为触摸屏，touch screen)是一体地形成有被称为触摸板(touch pad)的入力装置和由平板显示器等构成的输出装置的用户界面装置。触摸面板装置的特征在于用手指等直接触摸显示器上显示的操作对象的直观的操作方法，在信息终端等中被广泛利用。
触摸面板装置有各种各样的实现方式，作为其一种方式，有投影型静电电容方式。在本方式中，在面板上配置有多个电极，基于当指尖靠近面板时发生的各电极的静电电容的变化而检测触摸位置。电极使用透射率高的材料，通过将其配置在显示面板上而构成触摸面板装置。
作为输入装置的触摸面板的性能指标，有触摸位置的检测精度。在面板上的用户实际触摸的位置与被检测出的位置的误差越小，则认为精度越高。
作为以高精度在投影型静电电容方式的触摸面板装置中检测触摸位置的技术的例子，可以列举日本特表2003-511799号公报(以下，称专利文献1)中记载的方法。在该触摸位置检测方法中，通过将用于检测X、Y各自的方向的位置的电极做成在触摸时可使指尖同时触及多个电极那样的电极图案，可以高精度地计算触摸位置。
此外，在日本特开2008-269297号公报(以下称专利文献2)中，通过使用将用于检测X和Y方向的位置的电极形成在单一的层上的电极图案，可以实现制造工序的简化。
然而，在以往的触摸位置检测方法中，在触摸时指尖在面板上的触摸范围(触摸区)从配置了电极的区域(电极区)伸出时，存在被检测的触摸位置的精度降低的问题。为了防止该问题，需要将触摸位置检测的有效范围限定在电极区的内侧的一定范围内。因此，即使在整个面板上配置电极，也会在面板的端部形成现检测不到触摸位置的区域。
发明内容
本发明为了解决上述那样的问题，其目的在于提供一种触摸面板装置，即使在触摸区从电极区伸出的情况下，也能以高的精度检测触摸位置，并且由此使电极区整体成为触摸位置检测的有效范围。
本发明中示出以下两种解决方案。
在第1解决方案中，将触摸区的形状假定为例如圆形。上述触摸区的圆形与电极区重叠的区域的X方向的宽度和Y方向的宽度可以根据传感器测定值计算。当上述X方向的宽度与上述Y方向的宽度不同时，判定为上述触摸区从上述电极区伸出，将上述触摸区的圆形的中心的位置视为触摸位置而进行计算。
在第2解决方案中，当面板端的电极中的信号值成为最大时，判定为对面板周边部的触摸。在为对面板周边部的触摸时，在通过触摸位置计算处理进行的加权平均的计算中，可以使用与对面板中央部的触摸时不同的电极位置参数值。通过对各电极的信号值进行加权，并使上述加权的程度与触摸大小对应地变化，对计算位置进行修正。
另外，在日本特开平10-020992号公报(专利文献3)中，也示出了在面板端的电极的信号值成为最大的情形下以高精度检测触摸位置的方案。然而，该方案是通过选择与端部的电极相邻的电极位置和其它端部的电极位置，使用近似2次曲线来检测触摸位置的方法，是与本发明完全不同的方法。
根据第1解决方案，即使在X方向或Y方向中的某一方向上触摸区从电极区伸出时，也能以高精度检测触摸位置。
根据第2解决方案，即使在使用用于检测一个方向的触摸位置的电极来检测对面板周边部的触摸时，也能以高精度检测触摸位置。
附图说明
图1是示出第1实施方式中的触摸面板·模块的整体构成的框图。
图2是示出触摸面板1的剖面结构的剖面图。
图3是示出触摸位置检测处理的步骤的流程图。
图4是示出触摸区从电极区伸出时的传感器测定值的例子的图。
图5是示出触摸区从电极区伸出时的触摸位置的计算方法的图。
图6是示出第2实施方式中的触摸面板·模块的整体构成的框图。
图7是示出触摸位置检测处理的步骤的流程图。
图8是示出触摸位置为面板中央部时的例子的图。
图9是示出触摸位置为面板周边部时的例子的图。
(附图标记说明)
1触摸面板            11保护层
12绝缘层             13基板层
X，Y电极层           X1～5电极(X轴)
Y1～5电极(Y轴)       2静电电容检测部
3控制部              4存储部
5母线连接信号线      6电极区
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式的例子。
[第1实施方式]
图1是在本实施例中使用的触摸面板·模块(触摸面板装置)的整体构成的框图。上述触摸面板·模块具有：触摸面板1、静电电容检测部2、控制部3、存储部4和母线连接信号线5。触摸面板1中形成有用于检测用户的触摸的传感器端子即电极图案(电极X1～5和电极Y1～5)。静电电容检测部2与电极X1～5和电极Y1～5连接，测定上述各电极的静电电容。控制部3基于上述静电电容的测定结果进行触摸位置的检测，经由母线连接信号线5将上述检测结果通知给主机。存储部4将下述内容作为控制部3进行触摸位置检测处理所需的参数和操作用数据加以存储。即、基准值41、测定值42、差分值43是将电极的总数作为要素数的数组数据。在本实施例中，上述数组的要素数为10。触摸阈值44、变换比率45、重叠宽度X46、重叠宽度Y47是单一的数值数据。
图2是示出触摸面板1的剖面结构的剖面图。在触摸面板1中，在基板层13上依次层叠有：电极层Y、绝缘层12、电极层X、保护层11。
图3是示出触摸位置检测处理的步骤的流程图。
图4是示出触摸区从电极区伸出时的传感器测定值的例子的图。
图5是示出触摸区从电极区伸出时的触摸位置的计算方法的图。
以下，基于图3的流程图说明检测触摸位置的处理流程。
当接通触摸面板·模块的电源时，开始以下的处理。
在步骤S1中，控制部3对基准值41初始化。具体地，控制部3对所有电极(电极X1～5和电极Y1～5)的每一个测定静电电容，将所得到的值作为各电极的基准值41存储。基准值41是各电极的非触摸时的静电电容。此处，假设电源接通时触摸面板1是未被触摸的状态。
在步骤S2中，控制部3首先对所有电极中的每一个测定静电电容，将所获得的值作为各电极的测定值42存储。此外，控制部3将通过下面的式(1)求得的值作为差分值43存储。
差分值43＝测定值42-基准值41(1)
但是，用式(1)求得的值为负值时，则存储0作为差分值43。差分值43是在各电极中通过触摸增加的静电电容。
以下，假定求得的差分值43处于图4所示的状态而进行说明。在图4中，触摸面板1的上侧的图是示出电极X1～5的差分值43与触摸阈值44的例子的图。横轴表示电极X1～5，柱状图的高度表示差分值43。电极X1、X2的差分值43大于等于触摸阈值44，电极X3～5的差分值43小于触摸阈值44。在图4中，触摸面板1的右侧的图是示出电极Y1～5的差分值43与触摸阈值44的例子的图。横轴表示电极Y1～5，柱状图的高度表示差分值43。电极Y2～4的差分值43大于等于触摸阈值44，电极Y1、Y5的差分值43小于触摸阈值44。
在步骤S3中，控制部3判定触摸面板1是否被触摸。具体地，控制部3针对所有电极的每一个比较其差分值43与预先设定的触摸阈值44的值。在此，在X轴和Y轴这两个轴上，至少一个电极的差分值43为大于等于触摸阈值44的值时，控制部3判定有触摸而前进到步骤S4。当不满足上述条件时，控制部3判定为没有触摸而返回到步骤S2。在图4所示的状态下，由于电极X1、X2和电极Y2～4的差分值43为大于等于触摸阈值44的值，所以判定为有触摸。
在步骤S4中，控制部3将通过下面的式(2)和(3)求出的值分别作为重叠宽度X46和重叠宽度Y47存储。
重叠宽度X46＝MAX(Y轴的差分值43)×变换比率45(2)
重叠宽度Y47＝MAX(X轴的差分值43)×变换比率45(3)
在此，函数MAX是从多个值中选择最大的值而带回的函数。在图4中，在X轴上电极X1的差分值43最大，在Y轴上电极Y3的差分值43最大。变换比率45是预先设定的值，是用于将差分值43的值变换成触摸面板1上的长度的比率。重叠宽度X46和重叠宽度Y47如图5所示，分别是由触摸面板1上的被触摸的区域(触摸区)与配置了电极的区域(电极区6)重叠的区域的X方向的宽度和Y方向的宽度。
可以用式(2)求出重叠宽度X46的理由如下所述。根据图4可知，在电极Y3中，由于与触摸区重叠的X方向的宽度最长，所以静电电容的变化最大，如右侧的图所示，差分值43最大。在电极Y2、Y4中，由于与触摸区重叠的X方向的宽度比电极Y3短，所以静电电容的变化比电极Y3小，如右侧的图所示那样，差分值43比电极Y3的差分值小。在电极Y1、Y5中，由于与触摸区重叠的X方向的宽度较小，所以静电电容的变化较小，如右侧的图所示那样，差分值43较小。由于重叠宽度X46是触摸区与电极区6重叠的区域的X方向的宽度，所以重叠宽度X46与电极Y3的与触摸区重叠的X方向的宽度成正比，且与电极Y3的差分值43成正比，该电极Y3是与触摸区重叠的X方向的宽度最长的电极。因此，重叠宽度X46可以根据式(2)求出。变换比率45根据实验等求出即可。
可以用式(3)求出重叠宽度Y47的理由如下所述。根据图4可知，在电极X1中，由于与触摸区重叠的Y方向的宽度最长，所以静电电容的变化最大，如上侧的图所示那样，差分值43最大。在电极X2中，由于与触摸区重叠的Y方向的宽度比电极X1短，所以静电电容的变化比电极X1小，如上侧的图所示那样，差分值43比电极X1的差分值小。在电极X3中，由于与触摸区重叠的Y方向的宽度较小，所以静电电容的变化较小，如上侧的图所示那样，差分值43较小。在电极X4、X5中，由于没有与触摸区重叠的Y方向的宽度，所以没有静电电容的变化，如上侧的图所示那样，差分值43为0。由于重叠宽度Y47是触摸区与电极区6重叠的区域的Y方向的宽度，所以重叠宽度Y47与电极X1的与触摸区重叠的Y方向的宽度成正比，且与电极X1的差分值43成正比，该电极X1是与触摸区重叠的Y方向的宽度最长的电极。因此，可以根据式(3)求出重叠宽度Y47。变换比率45根据实验等求出即可。
在步骤S5中，控制部3比较重叠宽度X46与重叠宽度Y47的值。当两者之差小于规定的阈值时，控制部3判定为触摸区整体收纳在电极区6的内侧，前进到步骤S6。否则控制部3前进到步骤S7。
在步骤S6中，控制部3基于差分值43求出触摸位置。具体地，控制部3分别针对X轴和Y轴求出将差分值43作为权重wi、将各电极的位置作为xi、yi时的加权平均。即，控制部3进行下面的式(4)、式(5)的计算。
触摸位置(X坐标)＝∑(wi×xi)/∑(wi)(4)
触摸位置(Y坐标)＝∑(wi×yi)/∑(wi)(5)
通过上述步骤，完成触摸区没有从电极区6伸出时的触摸位置检测的一个周期，控制部3回到步骤S2。
在步骤S7中，控制部3假定触摸区的形状是圆形，将上述圆形的中心位置视为触摸位置而进行计算。在此，如图5所示那样，假定触摸区在X方向上从电极区6伸出。此时，可以根据下面的式(6)求出触摸位置的X坐标。
触摸位置(X坐标)＝重叠宽度X46-重叠宽度Y47/2(6)
图5中的X对应于X坐标，R对应于重叠宽度Y47/2。Y坐标可以根据触摸区没有从电极区6伸出时的计算式(5)求出。此外，对于触摸区在Y方向上从电极区6伸出的情况，在上述的计算方法中将X和Y互换，同样可以求出触摸位置。
通过以上步骤，完成触摸区从电极区6伸出时的触摸位置检测的一个周期，控制部3回到步骤S2。
在上述说明中，假定了触摸区的形状是圆形，但是在不是圆形时，只要能够基于重叠宽度X46和重叠宽度Y47计算触摸位置，就能够适用本实施例。即，求出触摸区与电极区重叠的区域的X方向的宽度和Y方向的宽度，根据求出的X方向的宽度和Y方向的宽度求出触摸区的中心的位置，将该中心的位置作为触摸位置计算即可。触摸区的形状可以假定为任意的图形。例如，触摸区的形状也可以假定为圆形或椭圆形。或者也可以假定X方向的宽度与Y方向的宽度的比率是一定的(例如，正方形或长方形或者角部具有圆弧度的正方形或长方形)。此外也可以根据实验等来确定触摸区的形状。
[第2实施方式]
下面，进行第2实施方式的说明。以下，对在上述实施方式中已说明过的构成要素赋予相同的附图标记，省略说明。
图6是示出本实施例中使用的触摸面板·模块的整体构成的框图。存储部4与第1实施方式不同，除了上述的基准值41、测定值42、差分值43、触摸阈值44之外，还存储触摸大小48、权重值49。触摸大小48是单一的数值数据。权重值49是单一或多个数值数据。
图7是示出触摸位置检测处理的步骤的流程图。
图8是示出触摸位置为面板中央部时的例子的图。
图9是示出触摸位置为面板周边部时的例子的图。
以下，基于图7的流程图说明检测触摸位置的处理的流程。
当接通触摸面板·模块的电源时，开始以下的处理。
由于步骤S11～S13的处理内容与第1实施方式中的步骤S1～S3相同，所以省略说明。
在步骤S14中，控制部3求出所有电极即电极X1～5和电极Y1～5的差分值43的总和，作为触摸大小48存储。触摸大小48是与触摸区的面积成正比的值，作为表示触摸强度的指标，与通过以下步骤检测到的触摸位置一起被通知给主机。用所有电极的差分值43的总和得到触摸大小(与触摸区的面积成正比的值)的理由如下所述。例如，在图8中，电极X1的差分值43与电极X1和触摸区重叠的区域的面积成正比，电极X2的差分值43与电极X2和触摸区重叠的区域的面积成正比，电极X3的差分值43与电极X3和触摸区重叠的区域的面积成正比，电极X4的差分值43与电极X4和触摸区重叠的区域的面积成正比，电极X5的差分值43与电极X5和触摸区重叠的区域的面积成正比。在电极Y1～Y5中也是同样的。因此，通过合计所有电极的差分值，可以得到触摸大小(与触摸区的面积成正比的值)。在本实施例中，可以这样求出触摸大小，但是也可以用其它方法求出触摸大小。
以下，说明检测X方向的触摸位置的步骤。也可以用同样的步骤检测Y方向的触摸位置。
在步骤S15中，控制部3判定检测的触摸是否为对面板周边部的触摸。具体地，面板端的某一个电极、即电极X1或X5的差分值43取最大的值时，控制部3判定为对面板周边部的触摸，前进到步骤S17。当不满足上述条件时，控制部3判定为不是对面板周边部的触摸(是对面板中央部的触摸)，而前进到步骤S16。例如，在图8所示的情形下，由于不是面板端的电极X2的差分值43最大，所以判定为不是对面板周边部的触摸。在图9所示的情形下，由于面板端的电极X1的差分值43最大，所以判定为对面板周边部的触摸。
在步骤S16中，作为对面板中央部的触摸时的坐标计算处理，控制部3基于各电极的差分值43求出触摸位置。具体地，控制部3求出将各电极的差分值43作为权重wi、将各电极的位置作为xi时的加权平均。即，控制部3进行下面的式(7)的计算。
触摸位置＝∑(wi×xi)/∑(wi)(7)
在此，将电极位置xi作为各电极的中心的坐标值。在图8所示的情形下，电极X1～X5的电极位置xi依次为0.5、1.5、2.5、3.5、4.5。通过以上步骤，完成触摸位置检测处理的一个周期，控制部3回到步骤S12。
在步骤S17中，作为对面板周边部的触摸时的坐标计算处理，控制部3基于取最大差分值43的电极和其相邻的电极(面板端两个电极)的差分值43求出触摸位置。具体地，控制部3与步骤S16同样，基于面板端两个电极进行式(7)的计算。其中，不同点在于，将电极位置xi、即传感器位置的参数值作为两个电极的两端的坐标值。在图9所示的情形下，电极X1的位置设为0，电极X2的位置设为2。此时的计算式成为在式(7)中对面板端的两个电极代入电极位置X1＝0、X2＝2而得到的下面的式(8)。
触摸位置＝2×w2/(w1+w2)(8)
在式(8)中，作为电极位置选择两个电极的两端的坐标值(x1＝0、x2＝2)的理由在于，当仅用电极X1测定差分值43时，算出的触摸位置为0(面板端)，当电极X1与电极X2的差分值43相等时，即w1＝w2时，算出的触摸位置为1(电极X1与X2的中间位置)。例如，在图9中，设电极X1的差分值w1＝1、电极X2的差分值w2＝0.4时，用式(8)算出的本实施例(x1＝0、x2＝2)中的触摸位置为0.57。另一方面，用式(7)针对面板端两个电极将电极位置作为各电极的中心的位置坐标(x1＝0.5、x2＝1.5)算出的触摸位置为0.79。根据图9显然可知，本实施例中算出的触摸位置0.57与用各电极的中心的位置坐标算出的触摸位置0.79相比，更接近实际的触摸位置。
通过以上步骤，完成触摸位置检测处理的一个周期，控制部3回到步骤S12。
在上述步骤S15中，判定是对面板周边部的触摸的条件是面板端的电极的差分值43最大，但也可以使用其它的条件。例如，也可以是如下条件，即面板端的电极和与其相邻的规定个数的电极中的差分值43的合计比除此以外的电极中的差分值43的合计更大。
在上述步骤S17中，参照的电极是面板端的两个电极，也可以考虑参照三个以上的电极的方法。此外，加权平均计算中的电极位置xi是两个电极的两端，但也可以采用其它的设定。这些是根据假定的触摸区的大小、电极的宽度等设定项目来确定的。
以上具体说明了本实施例，但本实施例的触摸面板装置的特征在于，在为对面板周边部的触摸时在坐标计算处理中使用的传感器位置的参数值(上述的例子中的电极位置x1、x2)与对面板中央部的触摸的情况不同。
[第3实施方式]
下面，说明第3实施方式。在本实施方式中，变更了第2实施方式中的步骤S17的坐标计算式。
在本实施例中，在为对面板周边部的触摸时，为了减小实际的触摸位置与算出的触摸位置的偏差(误差)，对在坐标计算中参照的各电极进行加权。作为加权方法可以考虑各种方法。一个例子就是在式(7)中对各电极的差分值43(wi)乘以规定的权重系数ai的方法。即，下面的式(9)。
触摸位置＝∑(ai×wi×xi)/∑(ai×wi)(9)
在式(9)中，与第2实施方式同样地，针对面板端两个电极将电极位置xi作为两个电极的两端的坐标值、即x1＝0、x2＝2得到下面的式(10)。
触摸位置＝2×a2×w2/(a1×w1+a2×w2)(10)
a1、a2的值是规定的值，作为权重值49加以存储。也可以根据实验等求出a1、a2的值。
作为其它的例子，可以考虑计算基于式(8)对电极X2的差分值43(w2)进行加权得到的下面的式(11)的方法。
触摸位置＝(1+a)×w2/(w1+a×w2)(11)
在此，a是规定的值，作为权重值49加以存储。将分子中的系数作为1+a是为了在电极X1与X2的差分值43相等时、即w1＝w2时，算出的触摸位置为1(电极X1与X2的中间位置)。a的值(权重值49)也可以根据实验等求出。
[第4实施方式]
下面，说明第4实施方式。在本实施方式是对第3实施方式施加了变更。
在第3实施方式中，对于各电极的权重程度是预先设定的常数。但是，有时适当的权重程度不是恒定的，而是根据触摸强度等而变化的。在本实施例中，权重程度设为变量，根据触摸大小48的不同而变化。作为使权重程度变化的方法，可以考虑各种方法。例如，在式(11)的计算中，有使权重值49的值与触摸大小48对应地变化的方法。在求权重值49时可使用规定的函数。函数为触摸大小48的一次函数时，可以获得下面的式(12)。
权重值49＝b×触摸大小48+c(12)
在此，b和c是规定的值。也可以根据实验等求出b和c的值。
在以上的各实施方式的说明中，作为例子说明了触摸面板的左端，在触摸面板的右端、上端、下端也同样地可以以高精度计算周边部的触摸位置。
在第1实施方式中，由于用X方向和Y方向这两个方向的电极来检测，所以可以在X方向及Y方向中的某一个方向的面板周边部、即不包含触摸面板的角部的面板周边部中以高精度检测触摸位置。另一方面，在第2～第4实施方式中，由于用一个方向(X方向或Y方向)的电极来检测，所以可以在包含角部的面板周边部上以高精度检测触摸位置。
此外，本发明不限于以上所述的实施例，当然地，只要在不脱离其主旨的范围内可以进行各种变更。
虽然说明书中描述了本发明的目前想到的实施例的内容，但是应当理解可以进行各种变形，所附权利要求应当理解为覆盖落在本发明的精神和范围内的所有变形方式。

Claims (9)

1.一种触摸面板装置，基于多个传感器中的传感器测定值检测触摸位置，其特征在于，
基于用于检测X方向的触摸位置和Y方向的触摸位置的传感器测定值，求出触摸区与电极区重叠的区域的X方向的宽度和Y方向的宽度，根据上述X方向的宽度和上述Y方向的宽度求出上述触摸区的中心的位置，将上述中心的位置作为触摸位置算出。
2.根据权利要求1所述的触摸面板装置，其特征在于，上述触摸区的形状中，上述X方向的宽度与上述Y方向的宽度的比率是恒定的。
3.根据权利要求1所述的触摸面板装置，其特征在于，上述触摸区的形状是圆形或椭圆形。
4.根据权利要求1所述的触摸面板装置，其特征在于，对Y轴的传感器测定值的最大值乘以预先设定的值而计算上述触摸区与上述电极区重叠的区域的X方向的宽度，对X轴的传感器测定值的最大值乘以预先设定的值而计算上述触摸区与上述电极区重叠的区域的Y方向的宽度。
5.根据权利要求1所述的触摸面板装置，其特征在于，根据从上述触摸区与上述电极区重叠的区域的第1方向的宽度减去上述触摸区与上述电极区重叠的区域的第2方向的宽度的二分之一得到的值计算第1方向的触摸位置。
6.一种触摸面板装置，根据多个传感器中的传感器测定值和上述传感器的位置检测触摸位置，其特征在于，在为对面板周边部的触摸时，作为坐标计算处理中使用的上述传感器位置的参数值，使用与对面板中央部的触摸时不同的值。
7.根据权利要求6所述的触摸面板装置，其特征在于，在上述对面板周边部的触摸时的坐标计算处理中，将上述传感器位置的参数值作为面板端的两个电极的两端的坐标值。
8.根据权利要求6所述的触摸面板装置，其特征在于，在上述对面板周边部的触摸时的坐标计算处理中，针对参照的上述传感器测定值的各个进行规定的加权。
9.根据权利要求8所述的触摸面板装置，其特征在于，使上述加权的程度与触摸大小对应地变化。
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